JP2013138147A - 電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板表面に伝送路が形成された電子装置において、伝送路からの電磁放射を抑制すること。
【解決手段】基板１０の表面に形成された第１配線２０と、基板１０の表面における第１配線２０の両側に、第１配線２０に沿って形成された第1グランド線２２及び第２グランド線２４と、第１配線２０の上部を覆うように、第１配線２０に対し交差する方向に配置され、第１グランド線２２及び第２グランド線２４を電気的に接続すると共に第１配線２０からの電磁放射を抑制する複数の第２配線４０と、を備えることを特徴とする電子装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板表面に伝送路が形成された電子装置に関する。

基板表面に伝送路が形成された電子装置が知られている。例えば、高周波回路を有する携帯電話等の電子装置では、信号を高速伝送するための伝送路としてマイクロストリップライン構造の伝送路が広く用いられている。また、基板表面の伝送路は、低速の信号ラインや電源ラインとして使用される場合もある。

特開２０１０−０６２５１６号公報

基板表面に形成された伝送路からは強い電磁波が放射されるため、当該電磁波による他の信号ラインや電子素子への影響を抑制することが求められる。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、基板表面に伝送路が形成された電子装置において、伝送路からの電磁放射を抑制することを目的とする。

本発明は、基板の表面に形成された第１配線と、前記基板の表面における前記第１配線の両側に、前記第１配線に沿って形成された第1グランド線及び第２グランド線と、前記第１配線の上部を覆うように、前記第１配線に対し交差する方向に配置され、前記第１グランド線及び前記第２グランド線を電気的に接続すると共に前記第１配線からの電磁放射を抑制する複数の第２配線と、を備えることを特徴とする電子装置である。

上記構成において、前記第１配線と前記第２配線との距離は、前記第１配線からの電磁放射のうち抑制すべき電磁波の波長をλとした場合に、λ／６より大きい構成とすることができる。

上記構成において、前記基板の内部において、少なくとも前記第１配線、前記第１グランド線、及び前記第２グランド線の下方の領域に形成されたグランド層を備える構成とすることができる。

上記構成において、前記複数の第２配線は、ボンディングワイヤである構成とすることができる。

上記構成において、前記複数の第２配線は、棒状または板状の金具である構成とすることができる。

上記構成において、前記第１グランド線及び前記第２グランド線は、前記基板に設けられた貫通孔内に延在し、前記金具の両端には、弾性変形可能な弾性部が設けられ、前記弾性部が前記貫通孔に挿入される際に弾性変形することにより、前記金具が前記基板に固定されるとともに、前記金具と前記第１グランド線及び前記金具と前記第２グランド線とがそれぞれ電気的に接続される構成とすることができる。

上記構成において、前記第２配線は、前記第１配線の延在方向に対し斜めに設けられている構成とすることができる。

上記構成において、前記第１グランド線及び前記第２グランド線の間に、前記第１配線に沿って形成され、前記第１配線と共に差動信号を伝送する第３配線を備え、前記第２配線は、前記第１配線および前記第３配線の上部を覆うように、前記第１配線及び前記第３配線に対し交差する方向に設けられている構成とすることができる。

本発明によれば、基板表面に伝送路が形成された電子装置において、伝送路からの電磁放射を抑制することができる。

実施例１に係る電子装置の構成を示す図である。 シミュレーションに用いた電子装置の構成を示す図である。 シミュレーション結果を示すグラフである。 実施例１の第１変形例に係る電子装置の構成を示す図である。 実施例１の第２変形例に係る電子装置の構成を示す図である。 実施例２に係る電子装置の構成を示す図である。 実施例２の変形例に係る電子装置の構成を示す図である。

図１（ａ）は、実施例１に係る電子装置の構成を示す平面模式図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面模式図である。配線基板１０は、例えば複数の誘電体層が積層された多層基板であり、内部には接地電位に接続された金属のグランド層１２及び１４が形成されている。配線基板１０としては、例えばガラスエポキシ基板、セラミック基板等を用いることができ、グランド層１２及び１４の材料としては、例えば金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等を用いることができる。

配線基板１０の表面には、信号伝送用の配線パターン２０が形成されている。配線パターン２０の両側には、接地電位に接続されたグランドパターン（第１グランドパターン２２及び第２グランドパターン２４）が、それぞれ配線パターン２０の両側に沿って形成されている。配線パターン２０及びグランドパターン（２２、２４）の材料としては、例えば金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等を用いることができる。

また、配線基板１０の表面には、半導体チップ３０が実装されている。半導体チップ３０には、信号処理用の各種の回路素子及び配線が形成されている。半導体チップ３０に形成された外部端子のうち、１つは配線パターン２０に、他の１つは第１グランドパターン２２に、それぞれワイヤボンディングにより接続されている（３２、３４）。

配線基板１０の内部のグランド層１２及び１４は、上記の配線パターン２０、第１グランドパターン２２、及び第２グランドパターン２４に対応する領域に跨って形成されている。このように、配線基板１０内部のグランド層１２及び１４と、配線基板１０表面の配線パターン２０とにより、マイクロストリップライン構造の信号ラインが形成されている（グランド層１２及び１４はいずれか一方だけであってもよい）。なお、配線基板１０内部のグランド（１２、１４）と、配線基板１０表面のグランドパターン（２２、２４）とは、例えば配線基板１０に形成されたビア配線（図１では不図示）等を介して互いに接続される構成とすることができる。

マイクロストリップラインは、高速信号伝送を行う配線パターン２０からの電磁放射が比較的多いことで知られている。実施例１に係る電子装置は、当該電磁放射を抑制するために以下に説明する構成を備えている。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１グランドパターン２２及び第２グランドパターン２４は、複数のワイヤ４０により互いに電気的に接続されている。ワイヤ４０は、配線パターン２０の上部を覆うようにワイヤボンディングにより形成されたボンディングワイヤであり、第１グランドパターン２２及び第２グランドパターン２４のそれぞれの表面に固定されている。ワイヤ４０の材料としては、例えば金（Ａｕ）を用いることができるが、他にもアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等を用いることができる。

複数のワイヤ４０は、配線パターン２０の延在方向に対し垂直になるように、一定の間隔を隔てて互いに平行に配置されている。これにより、複数のワイヤ４０は、配線パターン２０から放射される電磁波を抑制するシールドとして機能する。ワイヤ４０同士の間隔及びワイヤ４０の本数は、抑制すべき電磁波の周波数に応じて適宜定められる。電磁放射抑制のためには、抑制すべき電磁波の波長よりもワイヤ４０同士の間隔を小さくすることが好ましい。

次に、当該ワイヤ４０を用いたシールドによる電磁放射の抑制効果をシミュレーションにより検証する。

図２は、シミュレーションに用いた電子装置の概略構成を示す図である。図２（ａ）は、比較例としてシールドがないマイクロストリップラインを示す。図２（ｂ）は、サイズの小さいシールドを用いた例であり、図２（ｃ）は、サイズの大きいシールドを用いた例である。ここで、シールドのサイズの大小は、中央の配線パターン２０とワイヤ４０との距離（ｄ）により定められる。本シミュレーションでは、図２（ｂ）においてｄ＝１０ｍｍ、図２（ｃ）においてｄ＝２５ｍｍとした。また、配線パターン２０の特性インピーダンスは５０Ωとした。

本シミュレーションでは、ワイヤ４０間の共振の影響を除外するために、ワイヤ４０同士の間を同種の素材（符号４１）により接続した仮想的な構成（図２（ｃ）及び図２（ｂ））に基づいて近似的な計算を行っている。実際の電子装置は、図２（ｄ）のようにワイヤ４０間が離間した構成となっているが、この場合でもワイヤ４０同士の間隔を適切に調整することで、以下のシミュレーション結果と同様のシールド効果を得ることができると考えられる。

図３は、シミュレーションの結果を示すグラフである。横軸は配線パターン２０から放射される電磁波の周波数を、縦軸はシールド付近における電界強度をそれぞれ示している。図２（ｂ）の小さなシールドでは少なくとも６０ＧＨｚ以上で、図２（ｃ）の大きなシールドでは少なくとも４０ＧＨｚ以上で、それぞれ電磁放射の強度が図２（ａ）の場合より大きくなり、シールド効果を確認することができる。このように、シールドのサイズが大きい方が、より低い周波数の電磁波において、より大きなシールド効果を得ることができる。

更に詳細な検証の結果、放射される電磁波の波長をλとした場合に、ワイヤ４０と配線パターン２０との距離（ｄ）がλ／６を超えるとシールド効果が得られることが分かった。両者の距離（ｄ）がλ／６より小さい場合は、通常の同軸ケーブルと同様の構造となるため、別の方法による最適化が必要となる。従って、実施例１に係るワイヤシールド構造を用いる場合には、ワイヤ４０と配線パターン２０との距離（ｄ）が、λ／６より大きくなるようにすることが好ましい。

以上のように、実施例１に係る電子装置によれば、配線基板１０の表面に形成された配線パターン２０の上部を覆うように複数のワイヤ４０を設け、当該ワイヤ４０が配線パターン２０の両側に形成された第１グランドパターン２２及び第２グランドパターン２４を互いに電気的に接続するようにした。これにより、ワイヤ４０が電磁波を抑制するシールドとして機能するため、基板表面に伝送路が形成された電子装置において、伝送路からの電磁放射を抑制することができる。

なお、配線パターン２０は電磁放射を行う伝送路である第１配線の一例であり、ワイヤ４０は電磁放射を抑制する第２配線の一例である。また、第１グランドパターン２２及び第２グランドパターン２４は、それぞれ第１配線の両側に第１配線に沿って形成されると共に、接地電位に接続された第１グランド線及び第２グランド線の一例である。

実施例１では、ワイヤ４０を配線パターン２０の延在方向に対し垂直になるように配置したが、ワイヤ４０は配線パターン２０に対し斜めに配置してもよい。

図４（ａ）〜（ｂ）は、実施例１の第１変形例に係る電子装置の構成を示す図である。図４（ａ）に示すように、ワイヤ４０が配線パターン２０に対し斜めに配置されている他は、図１（ａ）〜（ｂ）と同様である。配線パターン２０に対しワイヤ４０を斜めに配置した場合でも、垂直に配置した場合と同様に電磁波のシールド効果を得ることができる。さらに、配線パターン２０に対するワイヤ４０の角度（α）を調整することにより、ワイヤの長さを調整し、ワイヤ４０間の共振を抑制することができる。

実施例１では、高周波信号を伝送するマイクロストリップラインを例に説明を行ったが、本実施例に係る構成はこれ以外の形態の伝送路に対しても適用することができる。例えば、図１の構成において、配線パターン２０を電源ラインとしてもよいし、低速の信号ラインとしてもよい。また、以下に説明するように、配線パターン２０の本数を２本以上としてもよい。マイクロストリップライン以外の構成を採用する場合、図１でグランド層１２及び１４として表記された層はグランド線以外の配線パターンとして使用してもよいし、これらの層を備えない構成としてもよい。

図５（ａ）〜（ｂ）は、実施例１の第２変形例に係る電子装置の構成を示す図である。図１（ａ）〜（ｂ）と異なり、第１グランドパターン２２と第２グランドパターン２４との間に、配線パターンが２本（第１配線パターン２０ａ及び第２配線パターン２０ｂ）形成されている。第１配線パターン２０ａ及び第２配線パターン２０ｂは、差動信号を伝送するデファレンシャルの信号ラインであり、それぞれ半導体チップ３０の外部端子とワイヤボンディングにより接続されている（３２、３４）。

電磁波シールド用のワイヤ４０は、第１配線パターン２０ａ及び第２配線パターン２０ｂの両方に跨って形成されている。本構成においても、実施例１と同様に伝送路からの電磁放射を抑制することができる。なお、第２配線パターン２０ｂは、第１配線パターン２０ａ（第１配線）と共に差動信号を伝送する第３配線の一例である。

実施例２は、シールド用のワイヤの代わりに金具を用いた例である。

図６（ａ）〜（ｂ）は、実施例２に係る電子装置の構成を示す図である。実施例１（図１）と異なり、第１グランドパターン２２及び第２グランドパターン２４は、金具５０により接続されている。その他の構成は実施例１と同様である。金具５０は、例えばプレス加工等により中央部が湾曲するように形成された棒状または板状の金具である。金具５０は、配線パターン２０の上部を覆うように配置され、第１グランドパターン２２及び第２グランドパターン２４に対し半田５１により固定されている

金具５０同士の間隔及び金具５０の個数は、抑制すべき電磁波の周波数に応じて適宜定められるが、電磁放射抑制のためには、金具５０同士の間隔を当該電磁波の波長より小さくすることが好ましい。金具５０の材料としては、例えば銅（Ｃｕ）及び銅を含む合金（リン青銅、ベリ銅、真鍮等）を用いることができるが、他にもステンレス等を用いることができる。また、上記の材料に対し、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、半田等によるメッキを施してもよい。

実施例２に係る電子装置によれば、電磁放射を抑制する第２配線を金具５０とすることで、電磁波のシールド効果を得ると共に、ワイヤ４０を用いる場合に比べ、より頑丈な構造の電子装置を得ることができる。

図７は、実施例２の変形例に係る電子装置の構成を示す図である。図７（ａ）に示すように、本変形例では、配線基板１０に貫通孔１６が形成されている点と、金具５０の代わりにブレスフィットピン５２を用いている点が図６（ｂ）と異なるが、その他の構成は図６（ｂ）と同一である。図７（ｂ）は、ブレスフィットピン５２の挿入部（図７（ａ）の符号６０）における詳細な構成を示す図である。ブレスフィットピン５２は、先端部が尖ったピン形状を有すると共に、当該先端部の付近に弾性変形可能な弾性部５４が形成されている。本変形例では、弾性部５４は、ブレスフィットピン５２の一部が２つに分離・湾曲して中央部に空洞５６が形成された構造を有するが、弾性部５４の具体的形状はこれに限定されるものではない。

図７（ｂ）に示すように、ブレスフィットピン５２は、配線基板１０に形成された貫通孔１６に挿入される。ここで、貫通孔１６には、第１グランドパターン２２及び第２グランドパターン２４がそれぞれ延在して形成されている。また、ブレスフィットピン５２の長径（Ｌ１）は、貫通孔１６の直径（Ｌ２）より大きくなるように設定されている。

ブレスフィットピン５２は、貫通孔１６に挿入される際に弾性変形し、その復元力により弾性部５４が貫通孔１６の壁面に押し付けられる。これにより、ブレスフィットピン５２と第１グランドパターン２２、ブレスフィットピン５２と第２配線パターン２０とは、それぞれ貫通孔１６の内部で互いに電気的に接続される。また、ブレスフィットピン５２自体も、配線基板１０に対して固定される。このように、金具としてブレスフィットピン５２を用いることで、配線基板１０への金具の固定と、当該金具のグランド線への接続とを同時に行うことができる。

実施例２及びその変形例においても、実施例１の変形例にて説明したのと同様に、電磁放射を抑制するための金具を斜めに配置した構成（図４参照）や、伝送路としての第１配線を２本以上使用した構成（図５参照）を採用することができる。また、実施例１〜２の構成は、様々な形態の伝送路において採用することができるが、基板の表面に伝送路が形成されたマイクロストリップラインでは、ストリップライン等に比べて強い電磁放射が行われるため特に好適である。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 配線基板
１２、１４ グランド層
１６ 貫通孔
２０ 配線パターン
２２ 第１グランドパターン
２４ 第２グランドパターン
３０ 半導体チップ
３２、３４ ワイヤ（半導体チップ接続用）
４０ ワイヤ（電磁放射抑制用）
５０ 金具
５１ 半田
５２ ブレスフィットピン
５４ 弾性部
５６ 空隙

Claims (8)

1. 基板の表面に形成された第１配線と、
   前記基板の表面における前記第１配線の両側に、前記第１配線に沿って形成された第1グランド線及び第２グランド線と、
   前記第１配線の上部を覆うように、前記第１配線に対し交差する方向に配置され、前記第１グランド線及び前記第２グランド線を電気的に接続すると共に前記第１配線からの電磁放射を抑制する複数の第２配線と、を備えることを特徴とする電子装置。
2. 前記第１配線と前記第２配線との距離は、前記第１配線からの電磁放射のうち抑制すべき電磁波の波長をλとした場合に、λ／６より大きいことを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 前記基板の内部において、少なくとも前記第１配線、前記第１グランド線、及び前記第２グランド線の下方の領域に形成されたグランド層を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電子装置。
4. 前記複数の第２配線は、ボンディングワイヤであることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
5. 前記複数の第２配線は、棒状または板状の金具であることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
6. 前記第１グランド線及び前記第２グランド線は、前記基板に設けられた貫通孔内に延在し、
   前記金具の両端には、弾性変形可能な弾性部が設けられ、前記弾性部が前記貫通孔に挿入される際に弾性変形することにより、前記金具が前記基板に固定されるとともに、前記金具と前記第１グランド線及び前記金具と前記第２グランド線とがそれぞれ電気的に接続されることを特徴とする請求項５に記載の電子装置。
7. 前記第２配線は、前記第１配線の延在方向に対し斜めに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
8. 前記第１グランド線及び前記第２グランド線の間に、前記第１配線に沿って形成され、前記第１配線と共に差動信号を伝送する第３配線を備え、
   前記第２配線は、前記第１配線および前記第３配線の上部を覆うように、前記第１配線及び前記第３配線に対し交差する方向に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。

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